地鐵隧道區間照明系統改造研究

劉明林

（南京地鐵運營有限責任公司工程管理部，江蘇 南京 210006）

0 引 言

根據照明功能，地鐵區間照明一般可分為正常照明和應急照明兩種。區間照明燈具一般每10 m一盞，按照正常照明與應急照明間隔布置[1]。區間正常照明電源引自區間照明配電箱，采用三相交錯配電，保持三相平衡分布；區間應急照明電源引自EPS配電屏。區間照明配電箱、區間應急照明配電箱在區間內每200 m設置一面。所有照明電線、電纜應采用無鹵、低煙、阻燃不低于B級阻燃的銅導線和鎧裝銅芯電纜，其中應急照明的配電線纜還應選用耐火銅芯線纜。地下區間照明配電箱的箱體材料采用聚碳酸酯，地面及高架站區間采用不銹鋼材料，防護等級均為IP65。區間照明一方面為軌道、通信、信號、供電等專業在區間巡檢、施工、故障搶修時提供照明，另一方面為列車司機提供行車照明，方便其觀察軌行區情況，是行車安全的重要保障。但是，隨著地鐵里程數的不斷增大，區間燈具的數量成倍增長，節能以及區間照明燈具的維護制約了其發展，特別是一些老的地鐵線路。本文以南京地鐵1號線為研究對象，開展隧道區間照明系統改造研究，為后期既有線路改造和新線建設積累經驗。

1 隧道區間照明系統現狀

南京地鐵原1號線（包含現1號線紅山動物園站至中華門站和10號線小行站至奧體中心站）地下區間照明的光源均為11 W節能燈，使用至今已超過10年，地下區間能見度已經很低。經現場測試，地下區軌平面照度只有2.5 lx，而按照“GB/T16275-2008城市軌道交通照明”標準的有關照度規定，隧道區間軌平面照度應不低于5 lx，平均照度應不低于10 lx[2]?？梢姡斍盃顩r已影響行車安全和區間作業。造成這一影響的原因主要涉及兩個方面[3-5]：一方面該光源壽命短、照度低，照明效果較差；另一方面，地鐵隧道區間環境惡劣，濕度大、震動強、揚塵大、隧道活塞風強等，導致燈具發生故障或燈具表面積塵過厚。同時，南京地鐵現已是10線齊發，運行里程達到了378 km，未來5年將實現運行里程600 km的目標，已實現網絡化運行，大大縮短了行車間隔時間，運行時間進一步延長，可供區間作業的時間進一步縮短。因此，公司每年需要耗費大量的人力、備件、時間和軌行區資源維修區間燈具，而且現有光源也不符合當前國家推廣的綠色節能發展目標。

2 區間照明系統改造實施方案

2.1 改造方案

針對南京地鐵1號線目前隧道區間照明的現狀，在保證區間照度符合規范要求、照度均勻的基礎上，確定采用光源功率為9 W、燈管長度600 mm的LED光源隧道燈具替換現有1號線紅山動物園站至中華門站、小行站至奧體中心站地下區間11 W節能燈具，并更換破損和老化線纜，保證線路正常，同時對線管松動的部分加裝管卡加固。經現場勘測和計量，本項目須改造的燈具數量約為4 000盞。

2.2 材料要求

根據地鐵隧道區間的環境狀況、“GB/T16275-2008 城市軌道交通照明”[2]以及“GB 50157-2013 地鐵設計規范”[1]等標準的規定，LED光源隧道燈具應滿以下技術要求。

2.2.1 LED光源技術要求

（1）光源器件：建議選用高品質硅膠封裝3528TOP貼片型器件，LED應無鉛、符合RoHS標準；

（2）LED光源壽命應大于5萬小時，5萬小時后提供平均70%的流明維持率；

（3）芯片功率：每個芯片的輸入功率小于0.5 W；

（4）色溫：4 000～5 000 K；

（5）顯色指數：＞80；

（6）維護系數不小于0.7。

經調研，目前市場重點光源品牌有NICHIA（日本日亞化學）、CREE（美國科銳）、OSRAM（德國歐司朗）、臺灣晶元光電以及韓國首爾半導體等。

2.2.2 驅動電路

（1）所有LED照明裝置的驅動電源應采用開關型電源。開關型電源應適合220 V（±10%）/50 Hz交流電源，輸出直流電壓與LED負載相匹配，并為LED提供恒定的直流電流驅動；

（2）功率因數大于0.9，諧波電流符合GB17625-2003電氣諧波電流發射限值標準；

（3）電源轉換效率≥90%；

（4）提供完善的保護，如輸入電壓不足、過電壓保護、輸出開路與短路保護等。

2.2.3 LED光源隧道燈具技術要求

對于區間燈具安裝環境，需滿足以下要求[6]：（1）環境溫度：-10～+50 ℃；（2）相對濕度：25 ℃時相對濕度超過95%；（3）通風方式：活塞通風；（4）污染等級：3級，并考慮金屬粉塵污染；（5）電磁輻射：考慮電磁輻射。

對于區間照明燈具的技術要求如下：（1）額定電壓和頻率：AC 220 V和50 Hz，電壓范圍AC 85～260 V；（2）電源變換器：功率因數≥0.9，平均壽命≥30 000 h;（3）散熱筋：采用鋁型材；（4）透明件：PC材料（霧化）聚碳酸酯或鋼化玻璃；（5）燈管發光角度：180°；（6）燈具應具有防水、防塵、防腐以及防震的特點，且噪音低、損耗低；（7）燈具殼體采用防腐鋁合金型材制造，燈具為密封型，其外殼防護等級達到IP65，且應方便調整照射角度，發光角度不小于120°；（8）燈具密封件使用具有彈性好、抗老化性好、壽命長等特點的硅橡膠材料；（9）照明器具應選用寬配光曲線，增加配光曲線的角度，適合地下區間隧道照明環境。燈具均采用防眩光設計，并應當具有遮光性能，避免產生眩光。應采用模塊化設計，便于維護，并可在不借助工具情況下更換燈具損壞的配件。燈具的外形尺寸應滿足區間限界要求，照明器具不能侵入限界。同時，光源、電源變換器等可帶電方便拆卸、更換（見圖1），具備靈活的可維修性。需要注意，燈具質量不超過6 kg。

圖1 光源模組和驅動器更換

2.3 施工要求

2.3.1 施工準備

施工前須充分考慮地鐵隧道區間施工的特點，若軌行區施工時間短，氣候潮濕，需要登高作業。材料的運輸、接觸網停電請銷點、施工時各專業的相互干擾等，應編制切實可行的施工組織方案。開工前組織地鐵公司實施單位、監理單位、施工單位進行現場勘測，并進行技術交底。同時，施工單位應根據合同要求做好施工組織工作，簽訂安保協議，辦理開工報審手續。

2.3.2 施工流程

施工前照度測量→燈具安裝位置確認→舊燈具拆除→新燈具安裝→根據需要電線穿管敷設固定→燈具接線→調試→自檢→竣工驗收（含全線照度測量）[7]。

2.3.3 燈具安裝要求

（1）燈具的型號、規格及安裝形式、高度應符合設計要求；安裝要牢靠，能承受地下車站活塞風壓±600 N/m2（每年不少于50萬次）而不發生脫落；考慮到隧道結構滲水，隧道所有區間燈具應采用不銹鋼支架支撐安裝，支架采用不銹鋼膨脹螺栓固定，建議采用50 mm螺栓。

（2）燈具外殼須設有專用保護接地端子，且保護接地端子的標志清楚顯示、永久識別。外部帶電端子與殼體之間的絕緣電阻不小于20 MΩ。

（3）保護接地端子設置在容易接近之處，當罩殼或任何其他可拆卸的部件移去時，其位置能保證電路與接地極或保護導體之間的連接。

2.4 施工過程控制

項目實施地點在軌行區，因此必須在運營結束后開始。實施過程中會涉及軌行區請銷點和接觸網停電。由于軌行區資源有限，為了合理有效利用軌行區資源，施工單位根據地鐵實際情況，需制定合理的施工進度。為了保證工程的工期、控制施工進度、把控材料質量和施工質量以及現場的安全文明施工，需規范工程施工。可以引入監理單位，定期召開現場施工會議，施工協調例會；跟蹤施工進度，做好材料進場報驗，并定期組織地鐵公司實施單位、監理單位、施工單位等相關單位進行現場安全文明檢查。對重要的施工節點、工序以及隱蔽工程，監理單位應有檢查和旁站制度，并及時組織隱蔽工程驗收。對現場發現的質量、安全文明施工問題，及時出具問題整改通知等。工程安裝完畢后，施工單位應先組織人員進行自檢，再由監理單位、地鐵公司實施單位、施工單位組織初驗。初驗合格的基礎上才組織相關單位進行最終驗收，并召開竣工驗收會。

3 區間照明系統改造后的效果

3.1 效益分析

（1）原11 W光源改為9 W光源后，照明效果明顯改善。如圖2所示，經現場測試，改造后隧道區間軌平面照度達到10 lx，平均照度達到15 lx，完全滿足設計標準要求和實際生產需要，能確保行車安全，并保障區間作業的順利進行。

圖2 改造后現場效果圖

（2）項目共更換LED燈具4 000套，每年節約電能約70 000 kW·h，按0.85元/kW·h的 電費單價計算，每年可節約近5.95萬元。采用LED光源隧道燈具，有效控制了燈具的損壞率，大幅減少了維修工作量，并降低了人工成本。以前每年至少全線更換1次節能燈，按一個燈泡14.5元計算，每年需要消耗材料費用需要11.6萬元。按照新裝LED質保5年計算，可以節約材料費用29萬元。綜上所述，按照質保期5年計算，不計算人工成本的情況下，可以節約58.75萬元。

4 結 論

對南京地鐵1號線隧道區間照明系統改造，隧道區間照明效果改善明顯，并實現了電能節約，同時有效控制了區間燈具損壞率，大幅減少了區間照明維修工作量，節約了軌行區資源，充分保障了行車安全和軌行區區間作業，確保了南京地鐵的網絡化運營安全，為列車提速奠定了良好基礎，響應了國家大力建設節能社會的主旋律，符合國家政策，可為既有線路區間燈具的全面改造和新線建設提供參考。